JP2006142470A - Robot overcurrent prevention device - Google Patents
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Abstract
【課題】電流が検出されたとき、電装システムを保護しつつ、状況の如何に関わらず、ロボットの機能停止あるいはその姿勢が不安定となるのを回避するようにしたロボットの過電流防止装置を提供する。
【解決手段】電源回路7aに介挿され、オフするとき、電源回路7aを遮断して駆動回路72への通電を停止するFET80aと、電動モータに通電される電流に応じた出力を生じる電流センサ80bと、電流センサの出力V1をしきい値Vaと比較し、電流センサの出力がしきい値を超えるとき、第1の所定時間(T2)、スイッチング素子をオン/オフさせるスイッチング動作を実行して電源回路を断続的に遮断する過電流抑制手段(コンパレータ80c、第1、第2の遅延回路80d,80e、EX−OR回路80f、AND回路80g、発振器80h、バッファ80i,AND回路80j、絶縁ゲートドライバ80k、ラッチ回路80l,ECU70)を備える。
【選択図】図6An overcurrent prevention device for a robot that protects an electrical system when a current is detected, and prevents a robot from stopping functioning or becoming unstable regardless of the situation. provide.
An FET 80a, which is inserted in a power supply circuit 7a and shuts off the power supply circuit 7a when the power supply circuit 7a is turned off, and a current sensor which generates an output corresponding to the current supplied to the electric motor. 80b compares the output V1 of the current sensor with the threshold value Va, and when the output of the current sensor exceeds the threshold value, executes a switching operation for turning on / off the switching element for a first predetermined time (T2). Overcurrent suppression means for intermittently shutting off the power supply circuit (comparator 80c, first and second delay circuits 80d and 80e, EX-OR circuit 80f, AND circuit 80g, oscillator 80h, buffer 80i, AND circuit 80j, insulation A gate driver 80k, a latch circuit 80l, and an ECU 70).
[Selection] Figure 6
Description
この発明はロボット、より具体的には脚式移動ロボットの過電流防止装置に関する。 The present invention relates to a robot, and more specifically to an overcurrent prevention device for a legged mobile robot.
ロボットにおいては、一般に、関節を駆動する電動モータに流れる電流を検知し、しきい値と比較して過電流を検出し、過電流が流れるとき、電流を抑制することで電動モータなどの電装システムを保護している。その従来技術としては、下記の特許文献1記載のものが知られている。特許文献1記載の技術にあっては、与えられたサーボ指令に基づいてサーボモータを駆動制御するものにおいて、しきい値をサーボ指令に応じて可変とし、高速時のサーボ性能を向上させると共に、低速時の電流異常検出精度を向上させている。
かかる構成においては、過電流が検出されたとき、通電を抑制すると、電装システムは保護されるものの、状況によってはロボット機能が停止したり、姿勢が不安定となる場合がある。 In such a configuration, when energization is suppressed when an overcurrent is detected, the electrical system is protected, but depending on the situation, the robot function may stop or the posture may become unstable.
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、過電流が検出されたとき、電装システムを保護しつつ、状況の如何に関わらず、ロボットの機能停止あるいはその姿勢が不安定となるのを回避するようにしたロボットの過電流防止装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and when an overcurrent is detected, while protecting the electrical system, the robot stops functioning or its posture becomes unstable regardless of the situation. An object of the present invention is to provide a robot overcurrent prevention device which is to be avoided.
上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、関節を介して連結される複数本のリンクと、前記関節に配置される電動モータと、電圧源と、前記電動モータと電圧源を接続する電源回路に配置され、通電指令に応じて前記電動モータに通電して駆動させる駆動回路とを少なくとも備えてなるロボットにおいて、前記電源回路に介挿され、オフするとき、前記電源回路を遮断するスイッチング素子と、前記駆動回路を介して前記電動モータに通電される電流に応じた出力を生じる電流センサと、前記電流センサの出力をしきい値と比較し、前記電流センサの出力が前記しきい値を超えるとき、第1の所定時間、前記スイッチング素子をオン/オフさせるスイッチング動作を実行して前記電源回路を断続的に遮断する過電流抑制手段とを備える如く構成した。
In order to solve the above-described problem, in
請求項2に係るロボットの過電流防止装置にあっては、前記過電流抑制手段は、前記電流センサの出力が前記しきい値を超えるとき、第2の所定時間が経過した後、前記第1の所定時間、前記スイッチング動作を実行する如く構成した。
In the robot overcurrent prevention device according to
請求項3にあっては、基体と、前記基体に第1の関節を介して連結される複数本の脚部と、前記複数本の脚部のそれぞれの先端に第2の関節を介して連結される足部と、前記第1、第2の関節にそれぞれ配置される複数個の電動モータと、電圧源と、前記複数個の電動モータと電圧源を接続する電源回路に配置され、通電指令に応じて前記複数個の電動モータのそれぞれに通電して駆動させる駆動回路とを少なくとも備えてなるロボットにおいて、前記電源回路に介挿され、オフするとき、前記電源回路を遮断するスイッチング素子と、前記駆動回路を介して前記複数個の電動モータに通電される電流に応じた出力を生じる電流センサと、前記電流センサの出力をしきい値と比較し、前記電流センサの出力が、第1の所定期間、前記しきい値を超えるとき、前記スイッチング素子をオフさせて前記電源回路を遮断する過電流抑制手段とを備える如く構成した。
According to
請求項4に係るロボットの過電流防止装置にあっては、さらに、外気温を検出する温度センサを備えると共に、前記過電流抑制手段は、前記検出された外気温に基づいて前記しきい値を変更する如く構成した。
The robot overcurrent prevention device according to
請求項5に係るロボットの過電流防止装置にあっては、さらに、外気温を検出する温度センサを備えると共に、前記過電流抑制手段は、前記検出された外気温に基づいて前記第1の所定時間を変更する如く構成した。
The robot overcurrent prevention apparatus according to
請求項6に係るロボットの過電流防止装置にあっては、前記過電流抑制手段は、前記スイッチング素子をオフさせて前記電源回路を遮断するとき、異常警報信号を出力する如く構成した。 In the robot overcurrent prevention device according to a sixth aspect of the present invention, the overcurrent suppression means is configured to output an abnormal alarm signal when the switching element is turned off to shut off the power supply circuit.
請求項7に係るロボットの過電流防止装置にあっては、前記ロボットが脚式移動ロボットである如く構成した。
The robot overcurrent prevention apparatus according to
請求項1にあっては、電源回路に介挿され、オフするとき、電源回路を遮断するスイッチング素子と、駆動回路を介して電動モータに通電される電流に応じた出力を生じる電流センサと、電流センサの出力をしきい値と比較し、電流センサの出力がしきい値を超えるとき、第1の所定時間、スイッチング素子をオン/オフさせるスイッチング動作を実行して電源回路を断続的に遮断する過電流抑制手段とを備える如く構成したので、過電流が流れる間だけ電源回路を断続的に遮断して通電量を抑制することで、しきい値未満において通電量の低下を最小限度に止めることができ、電動モータなどの電装システムを保護しつつ、状況の如何に関わらず、ロボットの機能が停止する、あるいはその姿勢が不安定となるのを回避することができる。
In
請求項2に係るロボットの過電流防止装置にあっては、過電流抑制手段は、電流センサの出力がしきい値を超えるとき、第2の所定時間が経過した後、第1の所定時間、前記スイッチング動作を実行する如く構成したので、上記した効果に加え、ノイズなどの影響を排除しつつ、過電流を確実に検出することができる。
In the robot overcurrent prevention apparatus according to
請求項3にあっては、ロボット、より具体的には脚式移動ロボットにおいて、電源回路に介挿され、オフするとき、電源回路を遮断するスイッチング素子と、駆動回路を介して複数個の電動モータに通電される電流に応じた出力を生じる電流センサと、電流センサの出力をしきい値と比較し、電流センサの出力が、第1の所定期間、しきい値を超えるとき、スイッチング素子をオフさせて電源回路を遮断する過電流抑制手段とを備える如く構成したので、過電流が流れる間だけ電源回路を遮断、換言すれば非常停止することで、電動モータなどの電装システムを保護しつつ、状況の如何に関わらず、ロボットの機能が停止する、あるいはロボットの姿勢が不安定となるのを回避することができる。 According to a third aspect of the present invention, in a robot, more specifically, a legged mobile robot, a plurality of electric motors are connected via a switching element that is inserted into the power supply circuit and shuts off the power supply circuit when turned off. A current sensor that generates an output corresponding to the current supplied to the motor, and the output of the current sensor are compared with a threshold value. When the output of the current sensor exceeds the threshold value for a first predetermined period, the switching element is Since it is configured to include an overcurrent suppressing means that turns off and shuts off the power supply circuit, the power supply circuit is cut off only during the overcurrent flow, in other words, the emergency stop is performed to protect the electrical system such as the electric motor. Regardless of the situation, it can be avoided that the function of the robot stops or the posture of the robot becomes unstable.
即ち、脚式移動ロボットにあっては、移動(歩行)中に足部が路面の突起につまずくなどして電動モータに一時的に過電流が流れることがあるが、そのような場合も過電流が流れる間だけ電源回路を遮断、即ち、非常停止することで、ロボットの姿勢制御への影響を最小限に止めることができるため、姿勢が不安定となるのを回避することができる。 That is, in the case of a legged mobile robot, an overcurrent may temporarily flow through the electric motor due to the foot tripping on the road surface during movement (walking). Since the power supply circuit is cut off, that is, the emergency stop is performed only during the flow of the robot, the influence on the posture control of the robot can be minimized, so that the posture can be prevented from becoming unstable.
請求項4に係るロボットの過電流防止装置にあっては、過電流抑制手段は検出された外気温に基づいてしきい値を変更する如く構成したので、上記した効果に加え、例えば外気温が高いときはしきい値を下げて過電流が検出され易くするなど、外気温に応じてしきい値を最適に設定することができる。 In the robot overcurrent prevention device according to the fourth aspect of the present invention, the overcurrent suppressing means is configured to change the threshold value based on the detected outside air temperature. When the temperature is high, the threshold value can be optimally set according to the outside air temperature, for example, by lowering the threshold value so that overcurrent is easily detected.
請求項5に係るロボットの過電流防止装置にあっては、過電流抑制手段は、検出された外気温に基づいて第1の所定時間を変更する如く構成したので、上記した効果に加え、例えば電圧源付近の温度が高いとき、第1の所定時間を短縮して早期に通電を停止するなど、外気温に応じて第1の所定時間を最適に設定することができる。
In the robot overcurrent prevention device according to
請求項6に係るロボットの過電流防止装置にあっては、過電流抑制手段は、スイッチング素子をオフさせて電源回路を遮断、即ち、非常停止するとき、異常警報信号を出力する如く構成したので、上記した効果に加え、ユーザ(操作者)は過電流が流れる異常が発生したことを認識することができる。 In the robot overcurrent prevention device according to the sixth aspect of the present invention, the overcurrent suppression means is configured to output an abnormal alarm signal when the power supply circuit is shut off by turning off the switching element, that is, in an emergency stop. In addition to the effects described above, the user (operator) can recognize that an abnormality in which an overcurrent flows has occurred.
請求項7に係るロボットの過電流防止装置にあっては、ロボットが脚式移動ロボットである如く構成したので、電動モータなどの電装システムを保護しつつ、状況の如何に関わらず、ロボットの機能が停止する、あるいはその姿勢が不安定となるのを回避することができる。即ち、上記した如く、脚式移動ロボットにあっては、移動(歩行)中に足部が路面の突起につまずくなどして電動モータに一時的に過電流が流れることがあるが、そのような場合もロボットの姿勢制御への影響を最小限に止めることができるため、姿勢が不安定となるのを回避することができる。
In the robot overcurrent prevention device according to
以下、添付図面に即してこの発明に係るロボットの過電流防止装置を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out a robot overcurrent prevention apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
以下、添付図面を参照してこの発明の第1実施例に係るロボットの過電流防止装置を説明する。 Hereinafter, a robot overcurrent prevention apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は第1実施例に係る過電流防止装置が対象とするロボットの正面図、図2はその側面図である。尚、ロボットとしては、脚式移動ロボット、より具体的には2個の脚部と2個の腕部を備えたヒューマノイド型(人間型)の脚式移動ロボットを例にとる。 FIG. 1 is a front view of a robot targeted by the overcurrent prevention apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2 is a side view thereof. As a robot, a legged mobile robot, more specifically, a humanoid (human) legged mobile robot having two legs and two arms is taken as an example.
図1に示すように、ロボット(より具体的には脚式移動ロボット)1は、複数個(本)、より具体的には2個(本)の脚部2を備えると共に、その上方には基体(上体)3が設けられる。基体3のさらに上方には頭部4が形成されると共に、基体3の両側には2個(本)の腕部5が連結される。また、図2に示すように、基体3の背部には格納部6が設けられる。基体3の内部にはバッテリ(電圧源)7が格納されると共に、格納部6の内部には後述する電子制御ユニットなどが収容される。尚、図1および図2に示すロボット1は、内部構造を保護するためのカバーで被覆される。
As shown in FIG. 1, a robot (more specifically, a legged mobile robot) 1 includes a plurality of (two), more specifically two (book)
図3はロボット1をスケルトンで示す説明図である。同図を参照してその内部構造を関節を中心に説明すると、図示の如く、ロボット1は、左右それぞれの脚部2および腕部5に、11個の電動モータで動力化された6個の関節を備える。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the
即ち、ロボット1は、腰部(股部)の股関節に、脚部2を鉛直軸(Z軸あるいは鉛直軸)まわりに回転させる関節を駆動する電動モータ10R,10L(右側をR、左側をLとする。左右対称であることから、以下R,Lの表記を省略する)と、脚部2をピッチ(進行)方向(Y軸まわり)に揺動させる関節を駆動する電動モータ12と、脚部2をロール(左右)方向(X軸まわり)に回転させる関節を駆動する電動モータ14を備えると共に、膝部に脚部2の下部をピッチ方向(Y軸まわり)に回転させる膝関節を駆動する電動モータ16を備え、さらに足首に脚部2の先端側をピッチ方向(Y軸まわり)に回転させる足(足首)関節を駆動する電動モータ18とロール方向(X軸まわり)に回転させる足(足首)関節を駆動する電動モータ20を備える。
That is, the
上記したように、図3において、関節はそれを駆動する電動モータ(あるいは電動モータに接続されてその動力を伝動するプーリなどの伝動要素)の回転軸線で示す。尚、脚部2の先端には足部(足平)22が取着される。
As described above, in FIG. 3, the joint is indicated by the rotation axis of the electric motor that drives the joint (or a transmission element such as a pulley that is connected to the electric motor and transmits its power). A foot (foot) 22 is attached to the tip of the
このように、脚部2の股関節には電動モータ10,12,14がそれらの回転軸線が直交するように配置されると共に、足関節(足首関節)には電動モータ18,20がそれらの回転軸線が直交するように配置される。尚、股関節と膝関節は大腿リンク24で、膝関節と足関節は下腿リンク26で連結される。
As described above, the
脚部2は股関節を介して基体3に連結されるが、図3では基体3を基体リンク28として簡略的に示す。前記したように、基体3には腕部5が連結される。
The
腕部5も、脚部2と同様に構成される。即ち、ロボット1は、肩部の肩関節に、腕部5をピッチ方向に回転させる関節を駆動する電動モータ30とロール方向に回転させる関節を駆動する電動モータ32を備えると共に、その自由端側を回転させる関節を駆動する電動モータ34と、肘部にそれ以降の部位を回転させる関節を駆動する電動モータ36を備え、さらにその先端側にそれを回転させる手首関節を駆動する電動モータ38を備える。手首の先にはハンド(エンドエフェクタ)40が取着される。
The
即ち、腕部5の肩関節には電動モータ30,32,34がそれらの回転軸線が直交するように配置される。尚、肩関節と肘関節とは上腕リンク42で、肘関節と手首関節とは下腕リンク44で連結される。
That is, the electric motors 30, 32, and 34 are arranged at the shoulder joints of the
図示は省略するが、ハンド40は5本のフィンガ(指)40aの駆動機構を備え、フィンガ40aで物を把持するなどの作業ができるように構成される。
Although illustration is omitted, the
また、頭部4は、鉛直軸まわりの電動モータ(首関節を構成)46と、それと直交する軸まわりに頭部4を回転させる頭部揺動機構48を介して基体3に連結される。図3に示す如く、頭部4の内部には2個のCCDカメラ50がステレオ視自在に配置されると共に、音声入出力装置52が配置される。
The
上記の構成により、脚部2は左右の足について6個の関節を備えて合計12の自由度を与えられ、6個の関節を適宜な角度で駆動(関節変位)することで、脚部2に所望の動きを与えることができ、ロボット1を任意に3次元空間において歩行させることができる。また、腕部5も左右の腕について5個の関節を備えて合計10の自由度を与えられ、5個の関節を適宜な角度で駆動(関節変位)することで所望の作業を行わせることができる。さらに、頭部4は2つの自由度からなる関節あるいは揺動機構を与えられ、これらを適宜な角度で駆動することにより所望の方向に頭部4を向けることができる。
With the above configuration, the
電動モータ10などのそれぞれにはロータリエンコーダ(図示せず)が設けられ、電動モータの回転軸の回転を通じて対応する関節の角度、角速度、および角加速度の少なくともいずれかを示す信号を出力する。尚、電動モータ10などは具体的には、DCサーボモータからなる。
Each of the
足部22には公知の6軸力センサ(以下「力センサ」という)56が取着され、ロボットに作用する外力の内、接地面からロボット1に作用する床反力の3方向成分Fx,Fy,Fzとモーメントの3方向成分Mx,My,Mzを示す信号を出力する。
A known six-axis force sensor (hereinafter referred to as “force sensor”) 56 is attached to the foot portion 22, and among the external forces acting on the robot, the three-direction component Fx of the floor reaction force acting on the
手首関節とハンド40の間には同種の力センサ(6軸力センサ)58が取着され、ロボット1に作用する床反力以外の外力、具体的にはハンド40に対象物から作用する外力(対象物反力)の3方向成分Fx,Fy,Fzとモーメントの3方向成分Mx,My,Mzを示す信号を出力する。
A force sensor (six-axis force sensor) 58 of the same kind is attached between the wrist joint and the
基体3には傾斜センサ60が設置され、鉛直軸に対する基体3の傾き(傾斜角度)とその角速度の少なくともいずれか、即ち、ロボット1の基体3の傾斜(姿勢)などの状態量を示す信号を出力する。
A
これら力センサ56などの出力群は、格納部6に収容されたマイクロコンピュータからなる電子制御ユニット(Electric Control Unit 。以下「ECU」という)70に送られる(図示の便宜のためロボット1の右側についてのみ、入出力を図示する)。ECU70はCPU、メモリおよび入出力インターフェースなどからなるマイクロコンピュータを備え、ロボット1が安定な姿勢で移動できるように、関節角変位指令を算出して各関節を構成する電動モータ10などの駆動を制御する。
The output group of these
先に述べたように基体3にはバッテリ(電圧源)7が格納されると共に、格納部6にはバッテリ7の出力電圧(直流電圧)を変成するDC/DCコンバータ(図示省略)と電動モータ10などの駆動回路(モータドライバ)72からなる電源ボックス74が格納されると共に、無線系76も収容される。
As described above, the
ECU70は、無線系76を介して同様にマイクロコンピュータからなる操作用ECU78と通信自在に接続される。操作用ECU78は操作用ユーザI/F78aを備え、ユーザ(操作者)が操作用ユーザI/F78aから入力した緊急停止などのコマンドは、無線系76を通じてECU70に送られる。
Similarly, the
図4は、ECU70の構成を電装システムを中心に示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the
図示の如く、ECU70はCPU70aと、I/O70bとを備える。また、電動モータ10などにはモータ2個当たり1個の駆動回路72が、駆動回路1、駆動回路2などと接続される(脚部2の右側などについて部分的に示すが、基体3あるいは頭部4ならびに腕部5についても同様である)。
As illustrated, the
駆動回路72は、バッテリ(電圧源)7と電動モータを接続する電源回路7aに配置される(電動モータ10Rについてのみ示す)。力センサ56はA/D変換回路56aに接続される。駆動回路72のそれぞれとA/D変換回路56aなどは、I/O70bを介してCPU70aに接続される。尚、電源回路7aには過電流防止回路80が介挿されるが、それについては後述する。
The
図5は、図4に示す、CPU70aの動作を、過電流防止装置としてのそれも含めて機能的に示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram functionally showing the operation of the
図示の如く、CPU70aは、脚制御部70a1と、腕制御部70a2と、頭制御部70a3を備える。脚制御部70a1は、予め生成されてメモリ(図示せず)に格納された歩容パラメータに基づき、力センサ56と傾斜センサ60からI/O70bを介して送られるセンサ出力に応じて歩容を生成し、生成された歩容に基づいて関節角指令値(通電指令値)を決定し、ロータリエンコーダの出力(図示せず)から検出された関節角との偏差が解消するように駆動回路72を介して電動モータ10などを駆動する。このように、駆動回路72のそれぞれは、通電指令に応じて対応する電動モータに通電して駆動する。
As illustrated, the
また、腕制御部70a2と頭制御部70a3も、生成された歩容と力センサ56などの出力に基づいて関節角指令値を算出し、駆動回路72を介して該当する電動モータ30などを駆動する。さらに、腕制御部70a2は作業内容に従って腕部5を駆動制御すると共に、頭制御部70a3は画像認識系の指示に従って電動モータ46あるいは頭部揺動機構48を駆動制御する。
The arm control unit 70a2 and the head control unit 70a3 also calculate a joint angle command value based on the generated gait and the output of the
図示の構成において、電源回路7aには、上記した過電流防止回路80が介挿される。
In the illustrated configuration, the
図6はその過電流防止回路80の構成を具体的に示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram specifically showing the configuration of the
図示の如く、過電流防止回路80は、電源回路7aに介挿され、オフするとき、電源回路7aを遮断する、FET(MOSFET。スイッチング素子)80aと、駆動回路72のそれぞれを介して電動モータ10などに通電される電流に応じた出力を生じる1個の電流センサ80bと、電流センサ80bの出力(値V1で示す)をしきい値(値Vaで示す)と比較し、電流センサ80bの出力がしきい値を超えるとき、第1の所定時間、スイッチング素子80aを動作させて電源回路7aを断続的に遮断するスイッチング動作を実行させる過電流抑制手段とを備える。
As shown in the figure, the
過電流抑制手段は具体的には、電流センサ80bの出力が+入力端子に入力されると共に、−入力端子に所定電圧がしきい値(値Vaで示す)として入力されるコンパレータ(比較器)80cと、コンパレータ80cの出力(値V2で示す)を入力して所定時間T1(例えば10から20msec)だけ遅延させる第1の遅延回路80dと、第1の遅延回路80dの出力(値V3で示す)を入力して所定時間T2(第1の所定時間。例えば100から200msec)だけ遅延させる第2の遅延回路80eと、第1の遅延回路の出力と第2の遅延回路の出力(値V4で示す)が入力されるEX−OR(イクスクルーシブOR)回路80fと、同様にそれらの出力が平行して入力されるAND回路80gとを備える。AND回路80gの出力はインバータ80g1を介して出力され、NAND回路となっている。EX−OR回路80fとAND回路80gの出力を値V5,V6で示す。
Specifically, the overcurrent suppression means is a comparator (comparator) in which the output of the
図7(a)は、第1の遅延回路80dの詳細を示すブロック図、図7(b)はその特性を示すグラフである。同図(a)において、抵抗R1はR2より極めて大きな値に設定されるとき、同図(b)に示す如く、V3は、立ち上がりに比して立下りが急峻となる。図示は省略するが、第2の遅延回路80eも、遅延時間T2が第1の遅延回路80dに比して10倍程度に延長されるように抵抗などの値が変更される点を除くと、その構成は異ならない。
FIG. 7A is a block diagram showing details of the
図6の説明に戻ると、さらに、過電流抑制手段は、発振器80hと、発振器80hに接続されてそのパルス出力が入力されるバッファ80iと、AND回路(NAND回路)80gとECU70に接続され、それらの出力を入力するAND回路80jと、AND回路80jに抵抗を介して接続されると共に、バッファ80iに接続される絶縁ゲートドライバ80kとを備える。絶縁ゲートドライバ80kは、抵抗を介してFET80aに接続される。尚、AND回路80gの出力V6は、ラッチ回路80lでラッチされ、ECU70により解除される。
Returning to the description of FIG. 6, the overcurrent suppressing means is further connected to an
バッファ80iはEX−OR回路80fに接続され、EX−OR回路80fの出力がHレベルのとき、発振器80hのパルス出力をそのまま出力すると共に、EX−OR回路80fの出力がLレベルのとき、ハイインピーダンス状態となる(出力を生じない)。
The
図8および図9は、図6に示す過電流防止回路80の動作を示すタイム・チャートである。尚、図8は過電流状態(過負荷状態)がT1+T2以上続いた場合、図9はそれ未満で終わった場合を示す。
8 and 9 are time charts showing the operation of the
図8を参照して図6に示す過電流防止回路80の動作を説明すると、時刻t1において電流センサ80bの出力がしきい値Vaを超えたとすると、コンパレータ80cの出力V2は、Hレベルとなるが、第1の遅延回路80dによってその出力V3はT1だけ遅延させられる。これは、ノイズなどによる誤動作を排除するためである。
The operation of the
そして、時刻t2において第1の遅延回路80dの出力V3がHレベルとなると、EX−OR回路80fの入力もHレベルとなる。他方、第1の遅延回路80dの出力V3は第2の遅延回路80eによってT2だけ遅延させられる結果、その出力V4はLレベルのままである。尚、第2の遅延回路80eを設けてT2だけ遅延させるようにしたのは、過電流が一過性のものか否か確認するためである。その意図から、T2はT1の10倍程度の値に設定される。
When the output V3 of the
従って、時刻t2においてEX−OR回路80fの出力V5はHレベルとなる。他方、AND回路80gへの入力V4はLレベルであるが、インバータ80g1で出力が反転される結果、AND回路80gの出力V6もHレベルとなる。
Therefore, at time t2, the output V5 of the
AND回路80gの出力V6はラッチ回路を通過してAND回路80jに送られる。AND回路80jの他方にはECU70の出力が入力されるが、ECU70は通常ON信号(Hレベル信号)を出力するため、AND回路80jの出力はHレベルとなる。
The output V6 of the AND
その結果、絶縁ゲートドライバ80kを介して発振器80hのパルス出力がFET80aのゲート端子に供給される。FET80aはパルス出力のHレベル(ゲート電位)で導通して駆動回路72に通電すると共に、Lレベルで非導通となって通電を停止する。このように、FET80aをオン/オフさせてスイッチング動作を実行させることにより、駆動回路72が配置される電源回路7aへの通電が断続的に遮断され、電力供給量、換言すれば過電流が抑制される。
As a result, the pulse output of the
次いで、過電流が検出され続ける限り、時刻t3で第2の遅延回路80eの出力V4もHレベルとなることから、EX−OR回路80fの出力はLレベルになると共に、AND回路80gの出力もLレベルとなる。従って、AND回路80jの出力もLレベルとなる。その結果、絶縁ゲートドライバ80kの出力はLレベルとなり、FET80aはオフさせられ(非導通となり)、それぞれの駆動回路72への通電は全て遮断される。尚、バッファ80iはV5がLレベルのときにハイインピーダンス状態となることから、出力を生じない。
Next, as long as the overcurrent continues to be detected, the output V4 of the
尚、図8に示す如く、時刻t4で過電流が検出されなくなると、出力V2がLレベルに反転する。尚、図7(b)に示す如く、電流が低下(平常値に復帰)した場合、ほとんど遅延させないように構成したため、出力V3,V4もほとんど同時にLレベルに反転する。 As shown in FIG. 8, when no overcurrent is detected at time t4, the output V2 is inverted to the L level. As shown in FIG. 7B, when the current decreases (returns to a normal value), the output V3 and V4 are also almost simultaneously inverted to the L level because the delay is hardly delayed.
ECU70がOFF状態のラッチを解除するまで、FET80aはオフのままとなる。
The
ECU70によりラッチが解除されると、絶縁ゲートドライバ80kの出力はHレベルとなり、FET80aはオンさせられて(導通となって)駆動回路72への通電が再開される。尚、バッファ80iはV5がLレベルのときにハイインピーダンス状態となることから、出力を生じない。
When the latch is released by the
尚、図9に示す場合、時刻t3で電流センサ80bの出力がしきい値Va未満となり、過電流が検出されなくなったことから、値V2,V3,V4,V5は全てLレベルとなる。その結果、スイッチング動作が実行された後、駆動回路72への通電は、遮断されることなく、再開される。
In the case shown in FIG. 9, since the output of the
図10(a)はこの実施例の動作による電流と電圧の推移を示す説明グラフであり、図10(b)は過電流が流れた場合に単に過電流保護を行った場合を示す説明グラフである。同図(b)に示す如く、過電流保護機能がないと大電流が流れるが、過電流保護機能がある場合、以後、電流が急減することから、ロボット1において機能停止や姿勢の不安定化を招く。
FIG. 10A is an explanatory graph showing a transition of current and voltage by the operation of this embodiment, and FIG. 10B is an explanatory graph showing a case where overcurrent protection is simply performed when an overcurrent flows. is there. As shown in FIG. 4B, a large current flows without an overcurrent protection function. However, when the overcurrent protection function is present, the current suddenly decreases, so that the
他方、同図(a)に示すこの実施例の場合、過電流が流れた間に限定してスイッチング動作を行なうことから、電圧低下は僅かなものとなる。即ち、電流の抑制を過電流が検出される間に限定することで、しきい値Va未満において通電量の低下を最小限度に止めることができる。 On the other hand, in the case of this embodiment shown in FIG. 6A, the switching operation is performed only during the overcurrent flow, so that the voltage drop is slight. That is, by limiting the current suppression while an overcurrent is detected, it is possible to minimize a decrease in the amount of energization below the threshold value Va.
従って、ロボット1の運動アルゴリズムは意図する通りにはならないが、ロボット1の足部22が路面の突起などにつまずいて電動モータ18,20などに過電流が流れた場合、その事象は、通例、数100msec程度で回避できるため、通常動作に戻ってからの運動制御(関節角指令値による)によって姿勢を回復することが可能と考えられる。
Therefore, although the motion algorithm of the
即ち、この実施例においては、配線の短絡などシステムの異常によって生じる過電流と、歩行中に足部22が突起につまずくなどして短期間負荷が過大となって生じる過電流とを、遅延時間T2を設けることで区別すると共に、過電流が流れる間だけ電源回路7aを断続的に遮断するようにした。それにより、電動モータ18,20などの電装システムを保護しつつ、状況の如何に関わらず、ロボット1の機能停止や姿勢が不安定となるのを回避することができる。特に、この実施例においてロボット1は脚式移動ロボットであることから、姿勢が不安定となるのを回避できるのは有益である。
That is, in this embodiment, an overcurrent caused by an abnormality in the system such as a short circuit of wiring and an overcurrent caused by an excessive load for a short period due to a foot 22 tripping on a protrusion during walking are represented by a delay time. A distinction is made by providing T2, and the
さらに、過電流防止回路80をディスクリートな回路から構成するようにしたので、構成としても簡易となる。
Furthermore, since the
さらに、過電流防止回路80にあっては、電流センサ80bの出力V1がしきい値Vaを超えるとき、T1(第2の所定時間)が経過した後、T2(第1の所定時間)の間、スイッチング動作を実行させる如く構成したので、上記した効果に加え、ノイズなどの影響を排除しつつ、過電流を確実に検出することができる。
Further, in the
図11はこの発明の第2実施例に係る過電流防止装置を示す、図5と同様のブロック図である。 FIG. 11 is a block diagram similar to FIG. 5, showing an overcurrent prevention device according to a second embodiment of the present invention.
第1実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第2実施例においては、温度センサ90を設けて外気温TAを検出し、検出値に応じてしきい値Vaと所定時間T2(第1の所定時間)を変更すると共に、ECU70(より正確にはCPU70a)がソフトウエア手法を用いて過電流防止動作を行なう過電流防止部70a4を備えるようにした。
The description will focus on the differences from the first embodiment. In the second embodiment, the
温度センサ90は具体的には、図2に想像線で示す如く、第2実施例においては格納部6において外部を臨む適宜位置に配置され、ロボット1の周囲の外気温TAを示す信号を出力する。尚、第1実施例と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
Specifically, as indicated by an imaginary line in FIG. 2, the
図12は、そのCPU70aの過電流防止動作を示すフロー・チャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing the overcurrent prevention operation of the
以下説明すると、S10において温度センサ90を介して検出された外気温TAを読み出し、S12に進んで、読み出された外気温TAから図13(a)に示す特性を検索してしきい値Vaを選択すると共に、図13(b)に示す特性を検索して所定時間T2(第1の所定時間)を選択する。
Explained below, the outside air temperature TA detected through the
しきい値Vaは、外気温TAが増加するほど、減少するように設定される。これは、外気温TAが高いときは電動モータ18,20など、およびそれらの駆動回路72が昇温することが予測され、従って過電流が検出され易くするためである。所定時間T2も、外気温TAが増加するほど、減少するように設定される。これも同様の理由から、スイッチング動作時間を短縮して駆動回路72への通電を早めるためである。
The threshold value Va is set so as to decrease as the outside air temperature TA increases. This is because when the outside air temperature TA is high, it is predicted that the
次いでS14に進み、検出された電流センサ80bの出力V1がしきい値Va、より正確にはS12で選択された値を超えるか否か判断する。S16で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはS16に進みタイマカウンタTC1の値を1つインクリメントし、S18に進み、タイマカウンタTC1の値が前記したT1を超えるか否か判断する。S18で否定されるときはS16に戻る。
Next, in S14, it is determined whether or not the detected output V1 of the
他方、S18で肯定されるとS20に進み、第1実施例で述べたFET80aのスイッチング動作を開始する。
On the other hand, when the result in S18 is affirmative, the process proceeds to S20, and the switching operation of the
次いでS22に進み、第2のタイマカウンタTC2の値を1つインクリメントし、S24に進み、タイマカウンタTC2の値が選択されたT2を超えるか否か判断する。S24で否定されるときはS20に戻る。これにより、T2の間、電源回路7aが断続的に遮断される。
Next, in S22, the value of the second timer counter TC2 is incremented by one, and in S24, it is determined whether or not the value of the timer counter TC2 exceeds the selected T2. When the result in S24 is negative, the program returns to S20. Thereby, the
S24で肯定されるときはS26に進み、検出された電流センサ80bの出力V1がしきい値Vaを超えるか否か再び判断する。S26で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはS28に進み、FET80aをオフして電源回路7aを遮断すると共に、無線系76と操作用ECU78を介して異常警報を出力する。この結果、過電流が検出される間、電源回路7aは遮断される。
When the result in S24 is affirmative, the program proceeds to S26, in which it is determined again whether or not the detected output V1 of the
第2実施例に係るロボットの過電流防止装置は上記の如く構成したので、第1実施例と同様の効果を得ることができる。 Since the robot overcurrent prevention device according to the second embodiment is configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
さらに、外気温TAを検出し、検出された外気温TAに応じてしきい値Vaと所定時間T2を変更する如く構成したので、上記した効果に加え、電動モータ18,20などが昇温傾向にあるときは、しきい値を下げることで過電流を早期に検出できると共に、所定時間T2も短縮することで駆動回路72の通電を早期に遮断することができ、よって駆動回路72などを一層良く保護することができる。
Further, since the outside temperature TA is detected and the threshold value Va and the predetermined time T2 are changed according to the detected outside temperature TA, in addition to the above-described effects, the
さらに、FET80aをオフさせて電源回路7aを遮断するとき、異常警報信号を出力する如く構成したので、上記した効果に加え、ユーザ(操作者)は過電流が流れる異常が発生したことを認識することができる。
Further, when the
尚、上記においてFET80aの温度に対する耐性に余裕があるときは、検出された外気温TAに応じて所定時間T1を延長しても良い。これにより、ノイズなどによる影響を一層良く排除することができる。
In the above description, when there is a margin in the resistance of the
また、温度センサを追加してバッテリ7あるいは駆動回路72の温度を検出し、それに応じてしきい値Vaおよび/またはT2を変更しても良い。さらには、電圧センサを設けて同様にバッテリ7あるいは駆動回路72の電圧を検出し、それに応じてしきい値Vaおよび/またはT2を変更しても良い。さらにはロボットの歩行条件などを勘案してしきい値Vaおよび/またはT2を変更しても良い。
Further, a temperature sensor may be added to detect the temperature of the
図14はこの発明の第3実施例に係る過電流防止装置を示す、図6と同様のブロック図である。 FIG. 14 is a block diagram similar to FIG. 6, showing an overcurrent prevention device according to a third embodiment of the present invention.
第1、第2実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第3実施例においては、第2実施例に類似する構成を第1実施例の構成で実現するようにした。即ち、ECU70と別に、ワンチップマイクロコンピュータからなる第2のECU(ECU2)92を温度センサ90の付近に設けて適宜なケーブル(図示せず)などで接続し、第2のECU92が温度センサ90の出力TAを入力し、第2のECU92がその入力値に基づいて比較器80cの−入力端子に入力されるしきい値Va相当値を変更させるようにした。
Description will be made focusing on differences from the first and second embodiments. In the third embodiment, a configuration similar to the second embodiment is realized by the configuration of the first embodiment. That is, apart from the
より具体的には、第2のECU92が温度センサ90の出力TAをA/D変換して入力し、図13に示す特性に従って適切な電圧値Vaを決定してD/A変換し、その出力(電圧値Va)を比較器80cの−入力端子に入力するようにした。尚、第2のECU92を比較器80cに接続する接続路は分岐され、バッテリ7にプルアップ抵抗94を介して接続される。尚、残余の構成は第1実施例と異ならない。
More specifically, the
第3実施例においては、上記のように構成することで、検出された外気温TAに応じてT2を変更できない点を除くと、第2実施例と同様の効果を得ることができる。さらに、温度センサ90の出力は比較的ノイズに影響されやすいアナログ出力であるが、ECU70と別に第2のECU92を設けたので、第2のECU92を温度センサ90の近傍に設置して接続ケーブルの長さを短縮することができ、誤動作を回避することができる。
In the third embodiment, by configuring as described above, the same effects as in the second embodiment can be obtained except that T2 cannot be changed according to the detected outside air temperature TA. Further, the output of the
上記した如く、第1から第3実施例にあっては、関節を介して連結される複数本のリンク(例えば大腿リンク24と下腿リンク26)と、前記関節に配置される電動モータ(例えば電動モータ16)と、電圧源(バッテリ)7と、前記電動モータと電圧源を接続する電源回路7aに配置され、通電指令に応じて前記電動モータに通電して駆動させる駆動回路72とを少なくとも備えてなるロボット1において、前記電源回路に介挿され、オフするとき、前記電源回路を遮断するFET(スイッチング素子)80aと、前記駆動回路を介して前記電動モータに通電される電流に応じた出力を生じる電流センサ80bと、前記電流センサの出力V1をしきい値Vaと比較し、前記電流センサの出力が前記しきい値を超えるとき、第1の所定時間(T2)、前記スイッチング素子をオン/オフさせるスイッチング動作を実行して前記電源回路を断続的に遮断する過電流抑制手段(コンパレータ80c、第1の遅延回路80d、第2の遅延回路80e、EX−OR回路80f、AND回路80g、発振器80h、バッファ80i,AND回路80j、絶縁ゲートドライバ80k、ラッチ回路80l,ECU(CPU70a)、過電流防止部70a4,S10からS28)とを備える如く構成した。
As described above, in the first to third embodiments, a plurality of links (for example, the
また、前記過電流抑制手段は、前記電流センサの出力が前記しきい値を超えるとき、第2の所定時間(T1)が経過した後、前記第1の所定時間(T2)、前記スイッチング動作を実行する(S10からS22)如く構成した。 In addition, the overcurrent suppressing means performs the switching operation for the first predetermined time (T2) after the second predetermined time (T1) has elapsed when the output of the current sensor exceeds the threshold value. It is configured to execute (S10 to S22).
また、基体3と、前記基体に第1の関節を介して連結される複数本の脚部2と、前記複数本の脚部のそれぞれの先端に第2の関節を介して連結される足部22と、前記第1、第2の関節にそれぞれ配置される複数個の電動モータ10などと、電圧源(バッテリ)7と、前記複数個の電動モータと電圧源を接続する電源回路7aに配置され、通電指令に応じて前記複数個の電動モータのそれぞれに通電して駆動させる駆動回路72とを少なくとも備えてなるロボット、より具体的には脚式移動ロボット1において、前記電源回路7aに介挿され、オフするとき、前記電源回路を遮断するFET(スイッチング素子)80aと、前記駆動回路を介して前記複数個の電動モータに通電される電流に応じた出力を生じる電流センサ80bと、前記電流センサの出力V1をしきい値Vaと比較し、前記電流センサの出力が、第1の所定期間(T2)、前記しきい値を超えるとき、前記スイッチング素子をオフさせて前記電源回路を遮断する過電流抑制手段(コンパレータ80c、第1の遅延回路80d、第2の遅延回路80e、EX−OR回路80f、AND回路80g、発振器80h、バッファ80i,AND回路80j、絶縁ゲートドライバ80k、ラッチ回路80l,ECU(CPU70a)、過電流防止部70a4,S10からS28)とを備える如く構成した。
Also, the
さらに、外気温TAを検出する温度センサ90を備えると共に、前記過電流抑制手段は、前記検出された外気温TAに基づいて前記しきい値Vaを変更する(S12、第2のECU92)如く構成した。
Further, a
また、外気温TAを検出する温度センサ90を備えると共に、前記過電流抑制手段は、前記検出された外気温TAに基づいて前記第1の所定時間(T2)を変更する(S12)如く構成した。
Further, the
また、前記過電流抑制手段は、前記スイッチング素子をオフさせて前記電源回路を遮断するとき、異常警報信号を出力する(S28)如く構成した。 The overcurrent suppression means is configured to output an abnormal alarm signal when the switching element is turned off to shut off the power supply circuit (S28).
また、ロボット1が脚式移動ロボットである如く構成した。
Further, the
尚、上記において、電流センサ80bを1箇所のみ設けたが、駆動回路72ごとに設けても良い。
In the above description, only one
また、脚式移動ロボットとして2足ロボットを例示したが、それに限られるものではなく、3足以上のロボットであっても良い。 Moreover, although the biped robot was illustrated as a legged mobile robot, it is not restricted to it, A robot with 3 or more legs may be sufficient.
1 脚式移動ロボット(ロボット)
2 脚部
3 基体
7 バッテリ(電圧源)
7a 電源回路
10など 電動モータ
22 足部
24 大腿リンク(リンク)
26 下腿リンク(リンク)
70 電子制御ユニット(ECU)
70a CPU(過電流抑制手段)
70a4 過電流防止部(過電流抑制手段)
72 駆動回路
80 過電流防止回路
80a スイッチング素子(FET)
80b 電流センサ
80c コンパレータ(過電流抑制手段)
80d 第1の遅延回路(過電流抑制手段)
80e 第2の遅延回路(過電流抑制手段)
80f EX−OR回路(過電流抑制手段)
80g AND回路(過電流抑制手段)
80h 発振器(過電流抑制手段)
80i バッファ(過電流抑制手段)
80j AND回路(過電流抑制手段)
80k 絶縁ゲートドライバ(過電流抑制手段)
90 温度センサ
92 第2のECU(ECU2)
1 Legged mobile robot (robot)
2
26 Lower leg link
70 Electronic Control Unit (ECU)
70a CPU (overcurrent suppression means)
70a4 Overcurrent prevention part (overcurrent suppressing means)
72
80b
80d first delay circuit (overcurrent suppressing means)
80e Second delay circuit (overcurrent suppressing means)
80f EX-OR circuit (overcurrent suppression means)
80g AND circuit (overcurrent suppression means)
80h Oscillator (overcurrent suppression means)
80i buffer (overcurrent suppression means)
80j AND circuit (overcurrent suppression means)
80k insulated gate driver (overcurrent suppression means)
90
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